Звук представляет собой непрерывный во времени
и по амплитуде процесс, то есть давление воздуха изменяется во
времени плавно, а не перепрыгивает от одного значения к другому.
Звук
может быть преобразован в электрический сигнал при помощи микрофона,
который в зависимости от изменения давления воздуха изменяет создаваемое
им на выходе электрическое напряжение. После перевода акустического
звука в электрический сигнал непрерывность во времени и по амплитуде
сохраняется: напряжение сигнала изменяется аналогично изменению
давления воздуха, вот почему полученный на выходе звук называют
аналоговым. Мы можем записать электрический сигнал на магнитную
ленту и превратить его вновь в звук при помощи динамика, который
работает как «микрофон наоборот» — перемещает воздух в соответствии
с изменениями напряжения. Соответственно сохраняется и упомянутая
непрерывность сигнала.
Несмотря
на то, что аналоговый электрический сигнал исправно служит человечеству
на протяжении десятилетий, со временем стало ясно, что аналоговые
сигнал и магнитная запись — не лучшие способы передачи и хранения
звуковой информации, поскольку и при передаче, и при хранении
данных происходит неизбежная потеря информации, то есть ухудшение
звука. В то же время передачу и хранение данных в компьютерах,
оперирующих исключительно цифровыми данными, возможно производить
без каких-либо потерь. Вопрос только в том, как перевести аналоговый
звук в цифровой и обратно.
Для
решения первой задачи существуют специальные устройства, известные
как аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Эти устройства способны
преобразовать непрерывный аналоговый сигнал в последовательность
отдельных чисел, то есть сделать его дискретным (англ. «discrete»
— раздельный, состоящий из отдельных частей). Преобразование происходит
следующим образом: устройство много раз в секунду измеряет амплитуду
аналогового сигнала и выдает результаты измерений в виде чисел.
Результат дискретизации не является точным аналогом непрерывного
электрического сигнала. Насколько все же соответствует цифровой
звук аналоговому? Очевидно, что это соответствие будет тем полнее,
чем чаще происходят измерения и чем они точнее. Частота, с которой
производятся измерения, называется частотой дискретизации. А на
точность измерений амплитуды указывает число бит, использующихся
для представления результата измерений. Этот параметр называют
разрядностью.
|
|
В чем разница между звуковым давлением,
звука и уровнем звука? Что такое децибел?
|
Любая звуковая волна,
которая распространяется в пространстве, оказывает на встречающиеся
препятствия, в том числе и на наши барабанные перепонки, некое давление.
Мы субъективно воспринимаем изменение давления звуковых волн как
изменение громкости звука. Максимальное изменение давления в воздухе
при распространении звуковых волн по сравнению с давлением при отсутствии
волн называется звуковым давлением. Как и любое другое, звуковое
давление измеряется в паскалях (Па). Но при оценке интенсив-ности
звуковых волн чаще применяется другое понятие — сила звука. Она
определяет поток звуковой энергии, который каждую секунду проходит
через квадратный сантиметр услов-ной плоскости, расположен-ной перпендикулярно
нап-равлению распространения волны. Звуковое давление и сила звука
находятся в квадратичной зависимости (сила звука прямо пропорциональна
звуковому давлению в квадрате). Сила звука описывает энерге-тические
свойства звуковой волны и измеряется в ваттах на квадратный сантиметр
(Вт/см2). Такая единица бывает очень удобна при расчетах — это единственная
причина ее введения. Для того чтобы мы смогли услышать тот или иной
звук, его сила должна быть больше определенного уровня. Этот уровень
называется порогом слышимости: если звуковая волна имеет малую интенсивность
— ниже этого порога, то мы просто не воспринимаем ее и нам кажется,
что вокруг стоит полная тишина, хотя на самом деле воздух вокруг
колеблется. Точно также дело обстоит и со звуками большой интенсивности:
мы слышим звук только до определенного уровня, который называется
болевым порогом. Если сила звука больше этого уровня, то мы испытываем
боль в ушах. Разница между уровнями болевого порога и порога слышимости
называется динамическим диапазоном слуха. Наш слуховой аппарат устроен
таким образом, что линейное изменение силы звука (или звукового
давления) не воспринимается нами как линейное изме-нение громкости.
Громкость звука и его сипа связаны между собой более хитрой зависимостью.
Увеличение громкости в 2 раза соответствует увеличению силы звука
в 100 раз (звукового давления — в 10 раз), увеличение громкости
в 4 раза соответствует увели-чению силы звука уже в 10000 раз (звукового
давления — в 100 раз), а увеличение громкости в 8 раз соответствует
изменению силы звука в 100_000_000 раз (звукового давления — в 10000
раз)! Продолжение
|